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[導(dǎo)讀]米勒平臺形成的基本原理MOSFET的柵極驅(qū)動過程,可以簡單的理解為驅(qū)動源對MOSFET的輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電過程;當(dāng)Cgs達到門檻電壓之后,MOSFET就會進入開通狀態(tài);當(dāng)MOSFET開通后,Vds開始下降,Id開始上升,此時MOSFET進入飽和區(qū);但由于米...

米勒平臺形成的基本原理


MOSFET的柵極驅(qū)動過程,可以簡單的理解為驅(qū)動源對MOSFET的輸入電容(主要是柵源極電容Cgs)的充放電過程;當(dāng)Cgs達到門檻電壓之后, MOSFET就會進入開通狀態(tài);當(dāng)MOSFET開通后,Vds開始下降,Id開始上升,此時MOSFET進入飽和區(qū);但由于米勒效應(yīng),Vgs會持續(xù)一段時間不再上升,此時Id已經(jīng)達到最大,而Vds還在繼續(xù)下降,直到米勒電容充滿電,Vgs又上升到驅(qū)動電壓的值,此時MOSFET進入電阻區(qū),此時Vds徹底降下來,開通結(jié)束。


由于米勒電容阻止了Vgs的上升,從而也就阻止了Vds的下降,這樣就會使損耗的時間加長。(Vgs上升,則導(dǎo)通電阻下降,從而Vds下降)


米勒效應(yīng)在MOS驅(qū)動中臭名昭著,他是由MOS管的米勒電容引發(fā)的米勒效應(yīng),在MOS管開通過程中,GS電壓上升到某一電壓值后GS電壓有一段穩(wěn)定值,過后GS電壓又開始上升直至完全導(dǎo)通。為什么會有穩(wěn)定值這段呢?因為,在MOS開通前,D極電壓大于G極電壓,MOS寄生電容Cgd儲存的電量需要在其導(dǎo)通時注入G極與其中的電荷中和,因MOS完全導(dǎo)通后G極電壓大于D極電壓。米勒效應(yīng)會嚴(yán)重增加MOS的開通損耗。(MOS管不能很快得進入開關(guān)狀態(tài))


所以就出現(xiàn)了所謂的圖騰驅(qū)動??!選擇MOS時,Cgd越小開通損耗就越小。米勒效應(yīng)不可能完全消失。


MOSFET中的米勒平臺實際上就是MOSFET處于“放大區(qū)”的典型標(biāo)志。


用用示波器測量GS電壓,可以看到在電壓上升過程中有一個平臺或凹坑,這就是米勒平臺。


米勒平臺形成的詳細過程


米勒效應(yīng)指在MOS管開通過程會產(chǎn)生米勒平臺,原理如下。


理論上驅(qū)動電路在G級和S級之間加足夠大的電容可以消除米勒效應(yīng)。但此時開關(guān)時間會拖的很長。一般推薦值加0.1Ciess的電容值是有好處的。


下圖中粗黑線中那個平緩部分就是米勒平臺。



刪荷系數(shù)的這張圖 在第一個轉(zhuǎn)折點處:Vds開始導(dǎo)通。Vds的變化通過Cgd和驅(qū)動源的內(nèi)阻形成一個微分。因為Vds近似線性下降,線性的微分是個常數(shù),從而在Vgs處產(chǎn)生一個平臺。


米勒平臺是由于mos 的g d 兩端的電容引起的,即mos ?datasheet里的Crss 。


這個過程是給Cgd充電,所以Vgs變化很小,當(dāng)Cgd充到Vgs水平的時候,Vgs才開始繼續(xù)上升。


Cgd在mos剛開通的時候,通過mos快速放電,然后被驅(qū)動電壓反向充電,分擔(dān)了驅(qū)動電流,使得Cgs上的電壓上升變緩,出現(xiàn)平臺。



t0~t1: Vgs from 0 to Vth.Mosfet沒通.電流由寄生二極管Df.

t1~t2: Vgs from Vth to Va. Id?

t2~t3: Vds下降.引起電流繼續(xù)通過Cgd. Vdd越高越需要的時間越長.

Ig 為驅(qū)動電流.


開始降的比較快.當(dāng)Vdg接近為零時,Cgd增加.直到Vdg變負,Cgd增加到最大.下降變慢.


t3~t4: Mosfet 完全導(dǎo)通,運行在電阻區(qū).Vgs繼續(xù)上升到Vgg.

平臺后期,VGS繼續(xù)增大,IDS是變化很小,那是因為MOS飽和了。。。,但是,從樓主的圖中,這個平臺還是有一段長度的。


這個平臺期間,可以認為是MOS 正處在放大期。


前一個拐點前:MOS 截止期,此時Cgs充電,Vgs向Vth逼進。

前一個拐點處:MOS 正式進入放大期

后一個拐點處:MOS 正式退出放大期,開始進入飽和期。


當(dāng)斜率為dt 的電壓V施加到電容C上時(如驅(qū)動器的輸出電壓),將會增大電容內(nèi)的電流:

I=C×dV/dt ?(1)


因此,向MOSFET施加電壓時,將產(chǎn)生輸入電流Igate = I1 I2,如下圖所示。



在右側(cè)電壓節(jié)點上利用式(1),可得到:

I1=Cgd×d(Vgs-Vds)/dt=Cgd×(dVgs/dt-dVds/dt) ? ? (2)

I2=Cgs×d(Vgs/dt) ? ?(3)

如果在MOSFET上施加?xùn)?源電壓Vgs,其漏-源電壓Vds 就會下降(即使是呈非線性下降)。因此,可以將連接這兩個電壓的負增益定義為:

Av=- Vds/Vgs ?(4)

將式(4)代入式(2)中,可得:

I1=Cgd×(1 Av)dVgs/dt ? (5)


在轉(zhuǎn)換(導(dǎo)通或關(guān)斷)過程中,柵-源極的總等效電容Ceq為:

Igate=I1 I2=(Cgd×(1 Av) Cgs)×dVgs/dt=Ceq×dVgs/dt ? (6)

式中(1 Av)這一項被稱作米勒效應(yīng),它描述了電子器件中輸出和輸入之間的電容反饋。當(dāng)柵-漏電壓接近于零時,將會產(chǎn)生米勒效應(yīng)。


Cds分流最厲害的階段是在放大區(qū)。為啥?因為這個階段Vd變化最劇烈。平臺恰恰是在這個階段形成。你可認為:門電流Igate完全被Cds吸走,而沒有電流流向Cgs。

注意數(shù)據(jù)手冊中的表示方法

Ciss=Cgs Cgd

Coss=Cds Cgd

Crss=Cgd


END
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電源系統(tǒng)設(shè)計

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